Broadcom zapowiada nowe czipy GPS: dokładność do 30 cm w cywilnej nawigacji
Do tej pory między dokładnością cywilnego a militarnegosystemu GPS mieliśmy przepaść – w najlepszym razie zwykli ludziemogli korzystać z lokalizacji z precyzją do 5 metrów. To o wieleza mało, co dobrze wiedzą kierowcy, wywiedzeni przez nawigacjęęna manowce na skomplikowanym zjeździe z autostrady, to dobrze wiefirma John Deere, która swoje traktory musiała wyposażyć wkosztowne dwupasmowe odbiorniki GPS, które mierząc opóźnieniamiędzy dwiema częstotliwościami sygnału pozwalają kilkukrotniepoprawić dokładność pomiaru. Teraz jednak wygląda na to, że jużw przyszłym roku do naszych smartfonów i pojazdów trafiąodbiorniki GPS, które zapewnią pomiar z dokładnością 30centymetrów.
Podczas ostatniej konferencji ION GNSS++ w Portland, Broadcomogłosił, że testuje pierwszą partię przeznaczonych na masowyrynek czipów BCM47755, które znacząco zwiększą dokładnośćcywilnej nawigacji, zwiększą jej odporność na zakłócenia,pozwolą lepiej działać między betonowymi murami budynków i opołowę zmniejszą zużycie energii.
Wygląda na to, że rozwiązanie Broadcoma jest analogiczne dotego, co wcześniej robił John Deere. Globalne systemy nawigacjisatelitarnej, takie jak amerykański GPS, rosyjski Glonass czyeuropejski Galileo pozwalają określić pozycję odbiornika poprzezobliczenie odległości od trzech lub więcej satelitów. Wszystkiesatelity emitują sygnał L1 w częstotliwości 1 MHz, zawierającyinformacje o położeniu satelity, dokładnym czasie oraz unikatowejsygnaturze. Najnowsza generacja satelitarnych konstelacji GPS nadajejednak także sygnał L5 na częstotliwości 10 MHz – i niektóreodbiorniki mogą wykorzystać te sygnały do ustalenia odległościod każdego satelity, w zależności od opóźnienia w otrzymaniusygnału.
Tak więc czip Broadcoma najpierw ustala pozycję satelity zsygnałem L1, a następnie zwiększa precyzję pomiaru za pomocąsygnału L5, wysoce odpornego na zniekształcenia wynikające zwielościeżkowych odbić w terenach zabudowanych.
Możemy zobaczyć jak to działa na schemacie przygotowanym przezproducenta. W terenie zabudowanym sygnał satelitarny dociera doodbiornika zarówno bezpośrednio, jak i z odbić – tak więc wróżnym czasie. Jeśli sygnały się nałożą, powstaje swoistabańka sygnałowa. Odbiornik szuka jej szczytu, by ustalić faktycznymoment otrzymania sygnału – ale im bardziej bańka jestbezkształtna, tym trudniej uzyskać precyzyjny odczyt, tak więc idokładność obliczonej pozycji będzie mniejsza.
Sygnały przesyłane po paśmie L5 są jednak bardzo krótkie, niema praktycznie szans, by odbicia nałożyły się z bezpośrednimsygnałem. Odbiornik może więc zignorować w danej jednostce czasuwszystkie sygnały po pierwszym odebranym, uznając z wysokimprawdopodobieństwem, że otrzymał sygnał bezpośredni. Do tegoczip Broadcoma ma stosować do dalszego zwiększenia precyzjiinformacje zawarte w fazie sygnału nośnego.
Dlaczego dopiero teraz pojawiają się takie rozwiązania? Wbrewpozorom wcale nie chodzi o kwestie postępu w dziedziniepółprzewodników, choć i to jest ważne. Do tej pory po prostu naniebie było za mało satelitów emitujących sygnał L5, byznajdujący się w mieście użytkownicy mogli z nich skorzystać.Właściwie dopiero w tym roku uzyskaliśmy ich dość (minimum to30), by miały one zastosowanie w takich warunkach. Wcześniejwystarczyło ich tylko na zwiększenie precyzji pomiaru dla systemówpracujących pod otwartym niebem, np. na morzu, czy właśnie wpolach.
Oczywiście stosując dwupasmowy odbiornik GPS w smartfonie trzebabrać pod uwagę dostępne zasoby energii, i tutaj już postęp wprodukcji czipów odegrał rolę. BCM47755 wykonany jest w litografii28 nm (poprzednicy byli produkowani w 40 nm), wykorzystuje też nową,bardziej oszczędną architekturę mikrokontrolerów. Logika układudziała na dwóch rdzeniach, jeden to niezwykle energooszczędny ARMCortex M-0, działający w trybie ciągłym, drugi to Cortex M-4,budzący się w momencie gdy trzeba przeprowadzić bardziejskomplikowane obliczenia.
Oprócz producentów smartfonów i nawigacji samochodowych, noweczipy na pewno docenią też terroryści. Można sobie tylkowyobrazić, jak potężną bronią terroru staną się naprowadzane zdokładnością 30 cm autonomiczne drony, z zamontowanymi na nichładunkami wybuchowymi. W niektórych wypadkach – lepsze niżmoździerz ukryty w furgonetce z rozsuwanym dachem. Doprowadzi tozapewne do upowszechnienia się rozwiązań podobnych do tych, jakiestosowane są dziś w Moskwie. Wokół Kremla systemy GPS po prostuniedziałają.
